基于三维点云的盾构管片拼装质量偏差评价方法

盾构机在掘进过程中,由于盾构姿态控制不当等因素,管片拼装时常发生错台值、椭圆度失准等工程质量问题,这些施工质量问题往往会对隧道的稳定性及安全性造成影响,为保证盾构隧道的安全施工与健康服役,在施工过程中对盾构管片拼装质量进行动态评估尤为重要。针对传统盾构管片拼装检测效率低,精度有限及检测数据全面性差等问题,应用三维激光扫描技术采集盾构管片拼装成型后的点云数据,通过长短轴法和改进的按斜率分割法分别对盾构管片的椭圆度和错台值进行测算;同时提出环段数据拟合提取隧道中轴线及中心点的方法,实现盾构管片拼装质量高精度、高效率、自动化检测。结合实际盾构隧道工程案例分析,验证基于三维点云的盾构管片拼装质量偏差检测方法的可行性。

盾构管片拼装试验台监控系统设计

针对现有盾构管片拼装设备低精度、低效率、低可靠性的问题,以实现管片高效拼装为核心目标,设计了管片拼装试验台监控系统.在全面分析了管片拼装试验台的原理及监控需求的基础上,首先设计了以工控机为控制核心及以PCI数据采集控制卡为输入和输出模块的数据采集控制系统,接着分别设计了以软起动器为启停控制设备的动力电机电器控制线路及采用直接启动方式的风冷器电器控制线路,继而基于LabVIEW开发了可实现高速数据采集及实时控制的试验台监控系统软件,最后依据相关设计搭建了管片拼装试验台监控系统.监控系统运行结果表明,硬件运算高速、可靠,软件设计合理、有效,该系统在试验台的操作过程及管片高效拼装方法的研究过程中发挥了重要作用.

盾构机管片拼装自动控制传感检测系统的设计

管片拼装系统是盾构施工中最为关键的子系统之一,针对当前管片拼装自动化施工技术不成熟、非接触式测量检测系统不完善等问题,设计了一种基于图像识别技术的盾构机管片拼装自动控制传感检测系统。这一系统通过图像采集对布置在管片特定位置且含有标记的圆靶标进行识别,可完成管片姿态和定位信息的检测,再由计算机根据相关数据发出指令实现管片的自动拼装。通过模拟试验,确认这一系统的测量精度和速率均高于人工拼装,为实现管片拼装自动化控制提供了参考。

盾构管片拼装机原理及结构分析

管片拼装机又被叫做举重臂,是一种安置在盾尾部、可以快速将管片拼装固定的起重设备。进行开挖后的隧道需要洞外预制好的钢筋混凝土管片进行长久性保护,管片的拼装机的功能就是将管片快速准确地安装到刚刚开挖好的隧道表面,用来支护隧道表面,防止地下水的渗透与地表沉降,而管片承担的是盾构前进的推进反力。盾构管片的拼装机构为一种典型机电液产品,也是组成盾构装配系统的关键子系统。管片拼装机的功能会直接影响管片拼装质量与隧道的施工效率。

我国异形掘进机技术发展、应用及展望

20多年来,我国异形掘进机技术得到长足发展。首先,以异形掘进机领域的阶段性科研项目为主线,回顾我国异形掘进机技术从模仿跟随到同步突破再到创新引领的发展历程及所取得的成就,从异形掘进机全断面开挖技术、异形管片拼装技术、测控技术和施工技术等方面介绍我国异形掘进机技术的发展现状;然后,通过大量案例分析,分别介绍矩形顶管机、矩形盾构、马蹄形盾构及其特殊施工技术在我国隧道建设中的应用情况;最后,从地质适应性、施工效率、隧道截面形式等方面指出当前异形掘进机发展的局限性,并提出进一步的研究方向,同时对未来异形掘进机在新领域的应用提出几点思考。

盾构推拼同步技术模型试验平台的研发及应用

为解决长距离盾构隧道项目单台盾构掘进工期过长的问题,以上海市域铁路机场联络线某区间隧道为示范应用工程,开发了基于推进系统油压主动控制理念的盾构推拼同步施工技术.其原理为通过充分利用轴向插入封顶块产生的推进油缸行程富余量进行管片拼装作业,单环管片的作业时间理论上可缩短31.6%.为验证推拼同步技术的可行性与可靠性,构建超大直径盾构推拼同步技术模型试验平台,给出了推拼同步过程中缺失顶力的再分配计算方法,并对该技术进行了模型试验验证.试验结果表明:模型盾构机执行机构响应迅速,推进系统油缸压力和总顶推力误差均控制在±2%以内;盾构姿态偏差控制在±6 mm范围内,盾构推进速度误差范围为-2~4 mm/min;管片结构受力安全,设计覆土33 m条件下管片抗压安全系数可达1.68.

管片拼装机旋转角度检测技术研究

盾构施工中,管片衬砌支护使得管片拼装作业直接影响隧道质量,而管片拼装机作业速度依赖于旋转角度准确检测。针对隧道掘进机复杂工作环境造成的管片拼装机角度检测成本高、可靠性差问题,提出了一种新型拼装机旋转角度检测技术。检测过程中采用2个倾角传感器,以确定旋转机构的旋转方向(顺时针/逆时针)与旋转角度大小;通过PLC对采集角度信号进行过滤与溢出处理,同时对传感器故障造成的测量错误进行逻辑断开处理,从而实现拼装机旋转角度的稳定、可靠测量。应用结果表明,该测量方案具有安装方便、成本低、逻辑控制简单、可靠性高的特点,能够避免回转机构因转动位置不合理而导致的设备损坏或者人身伤害,可以广泛应用于不同施工条件下管片拼装机角度准确检测。

盾构隧道管片拼装技术

通过云南金河二级水电站导流隧道管片选型的实践,介绍了管片型号的选型原则,从管片的拼装点位、管片的选用等方面阐述了引水隧道施工中的管片拼装技术,使得隧道实际线路满足有关要求。

东庄站—会展中心站区间盾构管片拼装技术

盾构管片拼装质量直接决定成型隧道的质量。从管片类型选择、拼装位置确定、管片类型及拼装位置预测、管片直楔环配合比、直曲线隧道拟合、拼装施工的技术要领、质量要求等方面开展研究,得出了一些有意义的结论。

盾构管片抗渗检漏试验研究

为了研发抗渗性更强质量更优的盾构管片,需要进行严谨的抗渗检漏试验来判定盾构管片的抗渗漏能力,从而帮助工程人员在地铁工程施工时选择高性能的盾构管片,保证施工质量。结合天津地铁4号线南段工程实际案例和相关经验,着重分析了盾构管片抗渗检漏试验的步骤和试验要点,旨在提升盾构管片抗渗检漏试验的效率和质量,保证地铁工程施工质量。研究表明:通过抗渗检漏试验生产的盾构管片性能良好、抗渗性能极强,可满足地铁工程施工的需求。

基于同块同压原则的盾构推拼同步技术模型试验研究

为解决长距离隧道单台盾构掘进施工工期过长问题,以上海市域铁路机场联络线3标盾构区间为示范应用工程,在不改变盾构驾驶人员操作习惯的前提下,研发一种对盾构推进油缸压力进行闭环主动控制的推拼同步施工技术,以维持推进系统稳定的总顶推力矢量。同时,给出基于同块同压原则缺失顶力的再分配计算方法,并通过构建相似比为1/2的大型试验平台对成套技术进行试验验证。试验结果表明:原型盾构推进系统总顶推力误差控制为±4%;盾构姿态水平和垂直偏差控制为±12 mm;盾构推进速度控制为设定速度的(-6,+6)mm/min;管片结构抗压安全系数达2.13。

盾构推拼同步顶力重分配分区数量试验比选

为解决传统盾构工法应用于长距离盾构隧道项目产生的过长施工周期的问题,研发了基于充分利用因轴向插入封顶块产生的油缸行程富余量进行管片拼装作业的盾构推拼同步技术,提出了基于不同分区数量的顶力再分配方法,以保持推拼同步过程中部分油缸缺位情况下的总顶推力矢量。通过构建大型盾构推拼同步技术模拟试验平台对不同分区数量的顶力再分配技术进行试验验证,试验结果表明:推拼同步过程中,盾构推进系统总顶推力矢量稳定能力对分区数量不敏感,盾构姿态和推进速度保持能力相似;三分区相较于五分区和七分区在油缸压力利用率以及管片结构承压方面具有较为明显的优势;最终,三分区被推荐为较优的推拼同步顶力再分配分区数量。

大直径盾构管片水平拼装试验方法探究

大直径盾构管片水平拼装试验存在效率低下甚至失败的情况,不能真实全面反映产品尺寸精度。分析其原因除大直径管片体积大、重量大的因素外,主要原因在于现有的试验设备工装简陋、试验方法粗放、规范要求低等。结合当前水平拼装的规范要求,分析现有试验方法存在的不足,对现有拼装设备工装进行改造,制定高标准的、更加严格的工艺措施,创造性地提出在每层管片拼装时增加标高检测的新思路。将新方法应用于南京长江第五大桥夹江隧道工程管片水平拼装试验,结果良好,证明了此试验方法的科学性与有效性。